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于家堡高铁站刚刚拿了个大奖!你知道它究竟有多牛吗?

  近日,由天津大学教授,天津市钢结构协会会长陈志华主持参与完成的“大跨度双螺旋单层网壳结构关键技术研究与应用”成果(以于家堡高铁站屋盖钢结构项目为依托)荣获2017年度中国钢结构协会科学技术特等奖,该项目成果的主要完成单位有天津大学、中国铁路设计集团有限公司、津滨城际铁路有限责任公司、中铁建工集团有限公司、江苏沪宁钢机股份有限公司和奥雅纳工程咨询(上海)有限公司北京分公司。

于家堡高铁站是全球首例单层大跨度网壳穹顶钢结构工程,2015年9月20日正式通车。于家堡站的建成,标志着北京-天津-滨海新区快速通道的打通,从北京南站、天津站到达于家堡的时长分别缩短至59分钟、22分钟。

  于家堡高铁站是全球首例单层大跨度网壳穹顶钢结构工程,地面站房采用“贝壳”建筑设计方案,其灵感来源于鹦鹉螺和向日葵的螺旋线,从圆形双向螺旋网格拉伸出初始平面形态,通过数值“悬挂”形成初始形体,再反转得到贝壳形壳体,形成通透、开敞、明亮、新颖的建筑空间,达到了结构与建筑的完美统一,已成为滨海新区的地标建筑。

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于家堡网壳结构体系的创新主要包括复杂优美的网格形式和罕见的大跨度。网壳由36根顺时针方向和36根逆时针方向的螺旋形箱梁杆件相互编织,在顶部交织成36个点与顶部钢环梁连接。在底部也交织成36个钢节点与底部钢环梁连接,这样一个顶环梁+编织网+底环梁的单层编织网通过支座与地下结构顶板连接;形成纵向跨度143米、横向跨度80米、矢高24米的贝壳形单层网壳结构。

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于家堡高铁站竟有这么牛!

站在天津滨海新区的于家堡站站房望去,周围是高楼林立的商务区,中间是全地下高铁站房上设计下沉式休闲公园绿化,只有穹顶位于地面以上,犹如海河畔镶嵌了一枚银色的贝壳,整体美景浑然天成。

  于家堡站房是目前世界最大最深的全地下高铁站房,也是全球首例单层大跨度网壳穹顶钢结构工程。

  除了露出地表的穹顶之外,90%的施工任务都在地下进行,相当于把北京南站的主体施工工作下沉至全地下进行。中铁建工集团于家堡项目总工程师李根喜说,在工程实施中,项目部克服了基坑深、地质差、地下水多和技术风险大、难题多、含量高等难题。

超深地下连续墙创高铁站房之最

65米深地下连续墙被李根喜认为是项目部最杰出的作品之一,“在地连墙施工速度和成槽质量方面都处于行业领先地位。”

  因为是全地下式车站,而且临近海河,盐碱地质给于家堡站的地下连续墙建设提出了高要求——深度要达到地下60米、最深处达65米,相当于天津地区一般高层建筑物桩基的3倍,约等于300米高楼所需桩基深度,且地质条件复杂,地下连续墙是“T”“Z”“L”“一”等异形结构,基坑开挖难度大,极易产生流砂、涌砂,这给地下连续墙施工及基坑开挖安全施工带来极大难度。

  “为了防止地下水进入站房内,我们围绕整座站房建造了一道厚1米、长1435米的‘城墙’,它能够有效阻止流沙和透水对建筑造成的伤害。” 李根喜说,这是一项宏大的工程,它的长度和厚度相当于西安古城墙的1/10。

  在盐碱地中建一个地下连续墙已很不容易,尤其还要建设一个拥有“T”“Z”“L”“一”等异形结构的地连墙,难度可想而知。

  李根喜介绍,项目组为此专门成立了课题组,开展试验,取得土质、地下水位、泥浆比重等关键数据后订制施工方案,并邀请清华大学、天津大学等高校专家对施工方案进行了23次论证。“我们对个别淤泥层超厚的位置引进SM特性泥浆以提高水的黏滞度,这一方案使槽壁表面形成一层坚韧的胶膜,有效地防止了槽壁坍塌。”

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误差千分之一 创精细控制之最

  于家堡站选在一块三面环水的盐碱地,透水、流砂是最大天敌。要将设计图纸变成现实,最重要的是要有一个坚实的站房基础。

  “首先,起防护作用的钢筋笼下放必须精准。”李根喜说,为了将钢筋笼下放误差控制在千分之一以内,项目部前后为地连墙施工组织了大小13次专家论证会和计算机BIM模拟施工,最终通过采用高精度导墙和三抓成槽施工工艺控制垂直度,完成了此项难度极大的基坑支护工作。

  钢管柱是于家堡站房坚实立足点的首选,由于地下工程的特殊性,在没开挖基坑前,钢管柱位置就要被确定,每根钢柱在下压过程中的定位精度要达到1‰。

  这是国内任何一个站房工程都未曾遇到的情况。

  李根喜告诉记者,最终项目组采用了国内仅有的三台AM扩孔旋挖钻机,首先使成孔质量达到100%,同时减少了钢筋、混凝土等材料的使用,降低了桩基土方开挖量,并由机械生产厂家配合施工进展情况,对钻机性能及时进行改进,以适应天津地区的地质情况。最终于家堡站房的100根HPE液压钢管桩、287幅地连墙全部合格。

大跨度单层网壳钢结构 全球之最

“贝壳”型大跨度穹顶南北向长143.9米,东西宽度80.9米,最高点离地面25.8米,重达4200吨、相当于半个埃菲尔铁搭的重量,主要杆件采用36根正螺旋和36根反螺旋变截面曲线钢箱梁相互交叉连接。

  “尽管钢结构造型与鸟巢有点类似,但鸟巢内部有混凝土承重,于家堡站中间却没有任何支撑物,全靠周边36个基座施力。”李根喜说,这种施工工艺在国际上鲜有前例,此外1000多个不同节点,2000多个不同的杆件,每连接一次就要变换一次方向。

  这也是项目部面临的最大难题,连接点太多,不能像普通的方方正正的建筑一样程式化安装。

  为保证钢结构的精确性和稳定性,项目部与天津大学钢结构科研团队联合进行全程研发监控。

  “经过严谨的实验论证,最终我们提出‘地面拼装、部分散装、中心提升’的施工方案。”李根喜说,换句话说就是将钢结构穹顶在地面拼装好后,再设置21个提升点,分区域、分步骤实现同步提升。

“地下室”内仰望透明膜“天空”

于家堡站集城际铁路、地铁、有轨电车为一体的现代化、多层次立体交通枢纽,具备高速、高效周转大量人流、物流的能力。

  在这座地下车站内,旅客可以仰望天空,也可通过透明的穹顶看到周围的如画景致。

  这种视觉体验得益于站房采用了与水立方相同的ETFE膜材料,然而,与水立方规则的六边形膜结构不同,这是国内第一次对ETFE膜进行异形安装,施工难度远远大于水立方。

  站房整个穹顶的膜有7060平方米,被正反螺旋梁分为783个大小不一的气枕,其中最大的约42平方米,最小的仅0.5平方米。

  李根喜说,考虑到膜的价格昂贵、购置时长长,项目部进一步深化设计,在钢结构安装的同时,由专人用2个月时长对每一个气枕膜的尺寸进行了高精度测量定位。在安装时,施工人员分成5个小组进行逐一安装,每个组由3至5人组成,并安排专人负责安全检查,全工作段进行现场监控拍照。

  此外,为了不让气枕膜被尖锐物体划伤,项目部在气枕膜上安装支架,防止鸟类停歇所造成的不必要伤害,并在顶部中央区域的18块气枕膜周边安装了440度电阻丝,有效解决了防火和气体排放的问题。

来源:天津日报

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